基于Kruskal的拆舊區(qū)空間時序安排模糊聚類分析

季文光，崔娟敏，李志文，林永會

（1.河北民族師范學(xué)院，河北 承德　067000；2.韓國圓光大學(xué)，韓國 益山　570-749）

基于Kruskal的拆舊區(qū)空間時序安排模糊聚類分析

季文光1，2，崔娟敏1，李志文1，林永會1

（1.河北民族師范學(xué)院，河北 承德067000；2.韓國圓光大學(xué)，韓國 益山570-749）

探討Kruskal與模糊聚類分析相結(jié)合的方法在拆舊區(qū)空間時序安排中的運用，提出基于Kruskal的拆舊區(qū)空間時序安排模糊聚類分析方法。以河北省承德市獅子溝鎮(zhèn)為例，建立拆舊區(qū)適宜性評價指標體系及權(quán)重。針對拆舊區(qū)空間時序的特點，確立了拆舊項目區(qū)，并運用Kruskal進行模糊聚類對不同拆舊項目區(qū)空間進行時序安排。通過研究結(jié)果可靠性分析證實，基于Kruskal的模糊聚類分析是進行拆舊區(qū)空間時序安排的一種精確、可靠的方法。

Kruskal；拆舊區(qū)；空間時序；模糊聚類

0　引　言

拆舊區(qū)是指按照建設(shè)用地增減掛鉤需要進行土地整理和土地復(fù)墾轉(zhuǎn)為耕地的存量農(nóng)村建設(shè)用地。主要包括廢棄的磚瓦窯場、農(nóng)村工礦用地、農(nóng)村居民點用地等，重點是農(nóng)村居民點用地。目前，對于拆舊區(qū)的時序安排，往往僅通過構(gòu)建拆舊適宜性評價指標體系計算評價分值實現(xiàn)，缺乏可靠性［1-7］。

Kruskal（最小生成樹）是給定一無向連通圖G=（V，E）（V表示頂點，E表示邊），其中V=｛v1，v2，…，vn｝，E=｛e1，e2，…，en｝，對于G中的每條邊e∈E都賦予權(quán)重W（ei）＞0，求生成樹T=（V，H），H?E，使生成樹所有邊權(quán)重最小，此生成樹稱為最小生成樹［8-14］。最小生成樹Kruskal算法為：先構(gòu)建一個子圖，該子圖含n個頂點且邊集為空。將各個頂點作為生成樹上每一棵樹的根節(jié)點形成樹網(wǎng)。然后選取一條權(quán)值最小的邊，這條最小的邊需要在網(wǎng)的邊集中選取。如果這條邊上面的兩個頂點分別屬于不同的樹，那么就將這條邊加入子圖，反之，如果這條邊上的兩個頂點落在了同一棵樹上，那么這條邊不可取，需要取下一條權(quán)值最小的邊再嘗試。按上面所述類推，直至樹網(wǎng)中只有一棵樹（即子圖中含有n-1條邊時結(jié)束）。因為拆舊區(qū)在空間時序安排上，不同時期、不同地區(qū)之間劃分十分不明顯且先后順序也不分明，也就是說，界限不明確。因此需要將模糊聚類分析引入拆舊區(qū)空間時序研究，以增加測算結(jié)果的可靠性［15］。目前關(guān)于Kruskal與模糊聚類分析相結(jié)合的方法運用到拆舊區(qū)空間時序安排中的研究還很少。

1　指標體系建立及權(quán)重

本文選取了河北省承德市獅子溝鎮(zhèn)為研究對象，研究是以獅子溝鎮(zhèn)完成土地利用總體規(guī)劃修編成果為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自于2012年獅子溝鎮(zhèn)國民經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒、獅子溝鎮(zhèn)全國第二次土地調(diào)查成果、耕地質(zhì)量補充完善成果、獅子溝鎮(zhèn)土地志、獅子溝鎮(zhèn)居民抽樣問卷以及實地調(diào)研統(tǒng)計得出。建立拆舊適宜度的指標體系，見表1。

表1　拆舊區(qū)時序研究評價指標體系表

2　數(shù)據(jù)處理

由于本研究是以城鎮(zhèn)用地增加能力，農(nóng)村居民點拆舊為基礎(chǔ)，河北省承德市獅子溝鎮(zhèn)具體轄5個社區(qū)及5個行政村。

（1）計算獅子溝鎮(zhèn)各居民點斑塊間相鄰距離的平均值

運用MapGIS7.0空間分析模塊中的空間疊加功能，利用測距尺分別測出獅子溝鎮(zhèn)各居民點斑塊間相鄰距離的平均值，如表2所示。

表2　獅子溝鎮(zhèn)各居民點斑塊間相鄰距離及項目區(qū)分布表

（2）拆舊項目區(qū)確定

以測算的平均值作為半徑劃出不同拆舊村莊覆蓋區(qū)域范圍，并以居民點為基礎(chǔ)進行村莊組合。進行組合的村莊應(yīng)保證地理條件盡量相對均一，確定拆舊項目區(qū)92個。

（3）拆舊項目區(qū)調(diào)整

根據(jù)《獅子溝鎮(zhèn)村莊空間布局規(guī)劃》的要求，以及獅子溝鎮(zhèn)民俗、民風(fēng)和相關(guān)部門的意見進行項目區(qū)內(nèi)村莊調(diào)整，最終組成88個拆舊項目區(qū)。

3　構(gòu)建模糊聚類矩陣

采用AHP法確定各項目區(qū)拆舊適宜能力權(quán)重，因涉及數(shù)據(jù)較多，各項目區(qū)拆舊適宜能力權(quán)重確定較為煩瑣?；诟黜椖繀^(qū)拆舊適宜能力權(quán)重的計算，不同村域之間存在著較大的差異，對權(quán)重所列數(shù)據(jù)進行標準化處理及建立模糊等價矩陣后得到矩陣R為：

4　最小生成樹進行模糊聚類

（1）選取最大元

根據(jù)最小生成樹圖形得最大元為：

（2）選取次大元

根據(jù)最小生成樹圖形得次大元為：r7717=0.81。

（3）元素歸類

反復(fù)尋找更低級元，得到最小樹主樹。剔除權(quán)重小于λ的邊，然后將連通的元素歸為一類，如圖1所示。

圖1　元素的歸類

5　結(jié)果及可靠性分析

（1）結(jié)果分析

基于《獅子溝鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃（2010—2020年）》，測近遠期城鎮(zhèn)建設(shè)用地需求量和模糊聚類分布規(guī)律的一般認知水平，選取 λ屬于區(qū)間｛0.8，+∞｝；｛0.8，0.7｝，｛-∞，0.7｝。然后分別將項目區(qū)連接線截斷并進行聚類。最終得到了88個項目區(qū)的三個不同的拆舊時間階段，即優(yōu)先拆舊區(qū) ［λ∈｛0.8，+∞｝］；中期拆舊區(qū)［λ∈｛0.8，0.7｝］；條件拆舊區(qū)［λ∈｛-∞，0.7｝］。

① 優(yōu)先拆舊區(qū)。包括獅子溝社區(qū)的13個項目區(qū)。區(qū)內(nèi)村集體經(jīng)濟較強，村民主要從事第二、三產(chǎn)業(yè)，思想觀念更新快，且各類信息獲取途徑多，對城鎮(zhèn)化意愿極其強烈。該區(qū)域具有成熟的基礎(chǔ)設(shè)施條件和區(qū)位條件，進行拆舊項目適宜性較強，同時，該區(qū)內(nèi)項目區(qū)多數(shù)緊鄰獅子溝鎮(zhèn)未來發(fā)展經(jīng)濟增長核心和建設(shè)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展中心，外來投資踴躍，是城鎮(zhèn)化新農(nóng)村建設(shè)首先波及的地區(qū)，將這些項目區(qū)列為優(yōu)先拆舊區(qū)也有利于對城鄉(xiāng)建設(shè)用地建新指標。

② 中期拆舊區(qū)。包括獅子溝社區(qū)、羅漢堂社區(qū)、喇嘛寺社區(qū)、普寧寺社區(qū)的21個項目區(qū)，該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展緩慢，人均產(chǎn)值偏低。鼓勵政府、村集體、個人、社會等多方籌資；建好道路、水、電、通信等基礎(chǔ)設(shè)施，資金籌集應(yīng)本著“誰投資、誰受益”的原則，逐步改善現(xiàn)有的村容村貌，防止村莊盲目擴展造成空心村。

③ 條件拆舊區(qū)。包括獅子溝社區(qū)、上二道河子村、萬樹園社區(qū)、羅漢堂村、獅子溝村的54個項目區(qū)。該區(qū)域農(nóng)村居民人口數(shù)量多，具有一定的用地規(guī)模，因居民點數(shù)量大，潛力巨大，但經(jīng)濟落后，發(fā)展瓶頸較多，個別村莊處于水土資源條件匱乏、經(jīng)濟條件滯后、交通不便、信息不對稱的狀態(tài)。應(yīng)進行拆舊思想工作，合理規(guī)劃，通過全鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展帶動該拆舊區(qū)的整體發(fā)展。

（2）可靠性分析

本文結(jié)合河北省承德市獅子溝鎮(zhèn)拆舊區(qū)項目進行實證研究。引入模糊聚類到拆舊時空研究當(dāng)中，減少了人為主觀因素的干擾，得到承德市獅子溝鎮(zhèn)拆舊區(qū)項目共計88個，并在時間序列上分為三個時間區(qū)域，空間分布上呈現(xiàn)顯著圍繞中心城區(qū)和重點商業(yè)區(qū)逐級遞減的圈層結(jié)構(gòu)?；緷M足《獅子溝鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃（2010—2020年）》中確定的各時期建設(shè)用地需求及空間分布，符合鎮(zhèn)域空間發(fā)展規(guī)劃要求，充分證明了時間序列上三個時間區(qū)域的可靠性與實用性。該研究方法應(yīng)用于時空安排的科學(xué)性，將為今后各地拆舊工作的開展、項目的優(yōu)化安排、資源的合理利用提供參考。

6　結(jié)　論

在地理信息要素中，時間信息和空間信息具有不確定性。實際中，因為拆舊區(qū)在空間時序安排上，不同時期、不同地區(qū)之間劃分十分不明顯且先后順序也不分明，也就是說，界限不明確。比如說優(yōu)先拆舊區(qū)，兩個相鄰的社區(qū)或村莊受所處的地理位置、經(jīng)濟水平、自然因素的影響，彼此之間的界線范圍區(qū)分不很明顯，彼此關(guān)系多為模糊關(guān)系，采用傳統(tǒng)的普通關(guān)系的定量方法實現(xiàn)相對比較困難，不能將時序確定到具體時間上。為避免主觀隨意性及分析的干擾性，影響測算結(jié)果的可靠性因此將模糊聚類分析引入拆舊區(qū)時序研究，大大增加了測算結(jié)果的可靠性。

［1］張曉平，朱道林.城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策下的農(nóng)村居民點斑塊整理模式評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012（1）：244-249.

［2］朱琳.城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策研究［D］.重慶：西南大學(xué)，2010.

［3］許學(xué)強，周一星，寧越敏.城市地理學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1997.

［4］張風(fēng)麗.新疆農(nóng)村居民點整理研究［D］.烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

［5］孫志田，張建梅，霍麗芳.基于最小生成樹的圖像融合算法［J］.計算機仿真，2012（3）：277-279.

［6］王旭紅.遙感影像數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)研究［D］.西安：西北大學(xué)，2005：25-70.

［7］石丹林.農(nóng)村經(jīng)濟學(xué)［M］.成都：西南財經(jīng)大學(xué)出版社，1987.

［8］陶佩君.農(nóng)村發(fā)展概論［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004：26-33.

［9］陳美球，吳次芳.論鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化與農(nóng)村居民點用地整理［J］.經(jīng)濟地理，1999（6）：97-100.

［10］張衛(wèi)民.北京城市可持續(xù)發(fā)展綜合評價研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2002：2-3.

［11］劉園秋.河北省清河縣土地規(guī)劃修編中的城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤研究［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2011.

［12］張萬方，吳小平，張光遠，等.中國新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)簡明實用教程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［13］趙偉霞，楊小愛.城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策研究［J］.農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2010，21（9）：88-89.

［14］楊巧玲.對城鎮(zhèn)與農(nóng)村建設(shè)用地掛鉤政策的探討［J］.安徽農(nóng)業(yè)科技，2007（2）：536-538.

［15］崔娟敏，季文光.基于AHP的土地集約利用水平模糊綜合評價［J］.水土保持研究，2011，18（4）：122-125.

［16］王瑨.阜城縣城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤時空布局研究［D］.保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013：20-35.

Kruskal-based fuzzy clustering analysis for old district demolishing spatial timing sequence scheduling

JI Wenguang1，2，CUI Juanmin1，LI Zhiwen1，LIN Yonghui1
（1.Hebei Normal University for Nationalities，Chengde 067000，China；2.Wonkwang University，Yishan 570-749，South Korea）

The application of the combination method of Kruskal and fuzzy cluster analysis in old district dismantling spatial timing sequence scheduling is discussed to propose the Kruskal-based fuzzy clustering analysis method for old district dismantling spatial timing sequence scheduling.Shizigou Town of Chengde City，Hebei Province is taken as an example to establish the suitability evaluation index system and weight of the old district dismantling.According to the characteristics of the old district demolishing spatial timing sequence，the project area of old district demolishing was determined.The Kruskal is used for fuzzy clustering to perform the timing sequence scheduling for different old district demolishing project spaces.The study results and reliability analysis confirm that the Kruskal-based fuzzy clustering analysis is an accurate and reliable method to perform the old district demolishing spatial timing sequence scheduling.

Kruskal；old district demolishing；spatial timing sequence；fuzzy clustering

TN911-34；F301.2

A

1004-373X（2016）13-0121-03

10.16652/j.issn.1004-373x.2016.13.029

2015-11-24

國家民委科研項目：基于DPSIR的少數(shù)民族地區(qū)保障性安居工程績效評價研究（14HSZ002）

季文光（1977—），男，滿族，遼寧沈陽人，農(nóng)學(xué)碩士，講師，在讀博士。從事新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中土地問題研究。

崔娟敏（1979—），女，河北寧晉人，理學(xué)碩士，副教授。從事區(qū)域經(jīng)濟研究。

李志文（1960—），男，河北承德人，理學(xué)碩士，教授。從事物理電子研究。

林永會（1986—），男，滿族，河北承德人，工程碩士，教師。從事建筑工程研究。